DE1621302A1 - Verfahren zur Temperatursteuerung eines Metallschmelz-Tauchbades sowie Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

DR, E. POSGHENRIEDlil ■ ■ I

DR. E. BOETTNER

DIPL-INQ. K-1 MÜLLER 1C"0 1OfIO

Patentu^öite „e . ,_qf;n · D C \ J U C

Ludle-Grahii-Slrȧ* 38 Telefou 443755

P 16 21 302.8 (ϊϊ 31 891) Gase 548

National Steel Corporation, Pittsburgh» Penn?,,

Yeriahren sur Temperatursteuerung eines Metallsohmelze-Taucliljadea sowie Vorrichtung zur Durch« führung dieses Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur iDemperatursteuerung eines Metallschittelae-iDauchbadee, insbesondere beim Warmtaueimbersiehen von fortlaufenden Metallbändern_β

Beim v/armtauch-Metallüberziehen ©ines ununterbrochenen Bandes aus insbesondere Stahl ist die Temperatur riss in das Tauchbad eintretenden Bandes ein bestimmender Paktor für die aufrechterhaltene Temperatur den Metallschmelze-Tauchbades· Bei der vorarhitsten Art einer kontinuierlichen Band-Warmbauch-GalTmnxGierkette werden beispielsweise gasbeheizte oder Indulctionoöfen zum Erschmelzen von

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Galvanisieraink als dem au überziehenden Material verwendet? sie steuern jedoch während der Galvanisierungsvorgänge nicht die Temperatur des Tauchbades« Mit dem in das Tauchbad eintretenden Band wird dem Tauchbad allerdings ein kleiner Teil der Gesamtwärme zugeführt« Die Temperatur des in das Tauchbad eintretenden Bandes wird jedoch im allge*·

jflk meinen durch andere Prozesse als dem Überziehen, beispielsweise durch Reihen-Wärmebehandlung_s doiu einer während des Fortsehreitens des Bandes durchgeführten Wärmebehandlung!, bestimmt. So kann die

; Temperatur des Tauchbades weit von der optimalen Metallschmelzetemperatur abweichen« So können beispielsweise Temperaturen des Tauchbades zwischen 510° (95O⁰I?) und 538° (1.000°]?) und höher,z. B* wegen der Reihen-Wärmebehandlung des Bandes, auftreten. Dagegen wird eine Temperatur zwischen etwa 438° (820⁰S¹) und 471° (880⁰F), vorzugsweise von etwa 460° (860⁰F), als Optimum für die Metallüber-

_ Zugsanbringung und Überzugsgewichtsteuerung ange»

* sehen. .

Als Versuch zur Steuerung der Badtemperatur wurde ein Verfahren durchgeführt, bei dem Druckluft auf das Bad gerichtet wird, um die Wärmeabstrahlungsverlust© au vergrößern. Außerdem sind in älteren . Vorschlägen (Patentanmeldung P 15 21 418.3 (Ή 26 878 VIb/48b) und P 15 21 416»1 (N 26 876 VIb/48b>) Temperatur»teuerungsvorfahren zur Steuerung der Metalltemperatur des aus einem Überzugsbad austreten-

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den Bandes sowie die "Verwendung von zur Temperatursteuerung dienenden Leitungen» die in das Tauchbad . untergetaucht sind, beschrieben.. Obwohl solche untergetauchten Leitungen das obige Problem erfolgreich lösen_f sind sie schwierig zu handhaben und su halten ο

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vereinfachung solcher Temperatursteuerungen bzw. -regelungen₉ so daß man insbesondere zu einer rascheren und wirkungsvolleren Steuerung der Temperatur von Tauchbädern gelangte

Die Erfindung bei einem derartigen Verfahren zur Temperatursteuerung eines Metallschmelze-Tauchbades, das zur Bildung von Metallüberzügen auf Bändern dient und dessen Oberfläche einer Gasatmospfcäre ausgesetzt ist* besteht darin_s daß Kühlflüssigkeit„ deren Verdampfungstemperatur niedriger ist als die Temperatur der Meteilscliraelae des Tauchbades, mindestens einem Bereich zugeführt wird, der durch Wände mindestens teilweise begrenzt ist_s die in direktem Kontakt mit einem Teil der Metallschmelze stehen,,- und daß die KÜhlfüssigkeitsströmung gesteuert wird ο

Mit Hilfe dieser einfachen Maßnahmen wird das obige Problem wirkungsvoll gelöst»

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Im Falle der Verwendung eines aus Stahl bestehenden Bandes, das mit Zink bzwο einer Zinklegierung überzogen werden soll, empfiehlt es sich, die Temperatur des in das Tauchbad einzuführenden Sandes an der Eintauchstelle wesentlich oberhalb 460° zu halten«»

Als Kühlflüssigkeit wird zweckmäßigerweise Wasser verwendet;, da dies den obigen Bedingungen gentigt und dessen Beschaffung keinerlei Schwierigkeiten bereitet«,

Die Steuerung der Temperatur der Metallschmelze des Tauchbades erfolgt insbesondere derart_e- daß diese nicht heißer als etwa 510° wird* Als günstigste Temperatur der Metallschmelze ,insbesondere bei mit Zink bzw* einer Zinklegierung zu überziehenden Stahlbändern „hat sich der Bereich zwischen etwa 440° und 470° ale besonders vorteilhaft erwiesen«,

Das Steuerverfahren kann selbsttätig geregelt werden,, indem nach einer Weiterbildung der Erfindung die IST-Temperatur der Metallschmelze an einem den Wänden des Bereichs benachbarten Punkt abgefühlt und mit einer SOLIi-Temperatur verglichen wird und daß die Differenz der beiden Temperaturen dann zur selbsttätigen Steuerung der ICtihlflüssigkeitsströmung verwendet wird.

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!Die sur Durchführung des orf indungsgeiniißen /Verfahrens nach einer Weiterbildung der Erfindung bestimmte Vorrichtung "besteht darin, daß in das mit Metallschmelze gefüllte Tauehbadbeekea mindestons ein Kührbeokan eingesetzt ist, von dem Wände die Metallsohmelze "berühren, daß in das Ktihlbecken eine Zuleitung für die Kühlflüssigkeit führt und daß die Zuleitung ©in Steuerorgan aufweist, mit de?» die KühliTüasigkattsströmung steuerbar is to

Ira^-ei iat es sweck&äßig, ein am Boden offenes Ktihl-"fcecken zu verwenden, so daß dieses insbesondere zwsl Seitenwände und zwei Stirnwände aufweist„ Infolge der unterschiedlichen spezifischen Gewichte der Metallschmelze und der Kühlflüssigkeit besteht keine Gefahr₉ daß sich Kühlfüasigkeit und Metallschmelze ve3?iaischen.

Bis günstigsten Temparatursteuerverhältnisse ergeben aioh -larin, wenn jeweils ein Kühlbecken an jeder Seite tos Bandes angeordnet ist_o

"Die Kegdlinng des Temperatursteuarverfahrens erfolgt K^solraiititigerTiffcise dadurch, daß ein thermofühler in der Ifähe äux· zux· Steuerung des Metallüberzugs dienondeh Üb'arzugssteuerzöne angeordnet ist, der einen Signalgeber steuert, Von dem das in" Abhängig·« ke.lt von der abgefühlten Temperatür erzeugte Signal nf? des Steuerorgans dient»

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Dia Überzugesteuerzone ist zur Erzielung eines optimalen 8teuereffekta an dar Band-Auetrittestelle aus dem Tauchbad angeordnet_o

Andere Vorteile der Erfindung werden durch Beaohreibung einer speziellen Ausbildung zum Ausdruck gebracht, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, in denen:

Fig.1 eine schematische Barstellung, teilweise im Schnitt, einer Kontinuierlichen Band-Warmtauch-Überzugskette, die die Erfindung verkörpert;

Fig,2 eine gestreckt dargestellte Seitenansicht eines Teils der Vorrichtung von Mg. 1;

Pig «3 eine perspektivische Ansicht eines offenen Kühlmittel-Beckens und

Fig.4 eine Vorderansicht der Vorrichtung von Fig.2 darstellen.

Gemäß Flg. 1 liefern Spulen 8 und 10 Stahlteilbänder, die durch sukzessives Verschweißen des jeweils naohlauf enden Endes mit dem jeweils Voranlauf engten Ende der nächsten Spule zu einem ununterbrochenen Band 12 vereint werden« Eine Anzahl von VerfahrensvorgUngen werden der Reihe nach durchgeführt, wenn sich das Band 12 in der kontinuierlichen Form be-

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findet. So wird das Sand 12 ζ. Β· in einer Beinigungseinheit 14- gereinigt und danach erhitzt, geglüht I)Zw₉ getempert oder in anderer Weise in der Wärmebehandlungseinheit 16 wärmebehandelt· Irgendeiner dieser Vorgänge kann die Portsohreitgeschwindigkeit beeinflussen, gewöhnlich bestimmt jedoch die Wärmebehandlungsstufe die FortschreitgeBchwindigkeit und beeinflußt wiederum die Überzugsbadtemperatur ·

Nach der Yifärmebehandlung tritt das Band 12 durch einen atmosphärengesteuerten Schacht 20 in das Tauchbadbecken 22 ein. Der Schacht 20 v/eist eine Zusatzeinrichtung 21 zur Aufrechterhaltung der Wärme des Bandes 12 auf einem gewünschten Niveau auf. Ein Vermindern der Kapazität der Atmosphäre im Schacht 20 hat auf die im Schacht erforderliche Temperatur den Effekt₉ Bandoxydation zu verhindern. "Unter idealen Bedingungen würde das Band 12 in das Tauchbad mit einer etwas oberhalb der erwünschten Überzugsmetalltemperatur befindlichen Temperatur eintreten, bo daß dem Tauchbad genügend Wärme zugeführt wird, um Abstrahlungsverluste und dgl. auszugleichen· Bei, Änderung der lOrtschreitgeschwindigkeiten, Banddimensionen und Wärmebehandlungen ist es jedoch selten möglich, diese idealen Bedingungen selbst bei ungedämpftem Lauf des gleichen Materials einzuhalten. Auch wenn man wünscht, ein Produkt her-

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austeilen» von dem mindestens ein (Peil des Überzugmetails mit dem Grundmetall legiert wird₉ kann die Badtemperatur 56° (10O⁰P) oder mehr über einer Ideal« temperatur für die Steuerung der Masse des auf dem Band befindlichen Übersugsmetails bleiben_β

Das Band 12 bewegt sich durch das Überzugemetall bswo die Metallschmelze 24 um eine untergetauchte Senkrolle 26 herum und vertikal von der Senkrolle 26 nach aufwärts in die Überzugssteuerzone 28 an der Austrittsseite des Tauchbades,

Die Erfindung empfiehlt die Anordnung von Temperatur-Steuereinrichtungen in der Höhe von der bzw* angrenzend an die Überzugssteuerson© 28 an der Badaustrittsseite _β Nach dem Hindurchtreten durch die Überzugseteuerzone 28 bewegt sich das Band 12 aufwärts um die ober® Rolle 34 herum und danach abwärts um die Rolle 36 und längs des Bearbeitungszuges zum Waschen,, Markieren usw. bis zur Aufwickelrolle 38«

In einem Terfahrensgang^der einen galvanisierten bzw«, verzinkten, matten Überzug herstellt, kann die Bad-» temperatur beispielsweise 510° (95O⁰F) bis 538° (1000⁰P) oder höher betragen. Wenn die Herstellung einer regelmäßigen Galvanisierung bzw» Verzinkung erwünscht ist, sollte die Temperatur der Metallschmelze 24 auf dem Band 12 während des Durchgangs durch die Überzugesteuersone 28 zwischen 438° (82O⁰I*) und 460° (86O⁰P) für eine optimale Überzugssteuerung betragen»

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Ss let aul3erdem erwünscht, diese lexaperatur für eine bessere Steuerung des Überzugs gewichtes durchweg beizubehalten» Wie oben ausgeführt, ist es schwer, di4 gewünschte Temperatur bei verschiedenen) in dieser Verfahrenskette bzw₀ in diesem Verfahrensgang heraus stellenden Prozessen konstant zu halten· Dies ist vor allem dann der Pail, wenn rasch von einem Produkt zu einem anderen, beispielsweise von Ifetttiberzug auf regelmäßige Galvanisierung bzw. Verzinkung, umgeschaltet wird, ohne daß ein wesentlicher Zeitverlust oder Ausschuß auftritt» Die Erfindung ermöglicht die wirksame Einhaltung der gewünschten !!temperatur uthd sorgt für eine schnelle Steuerung der Metallsehmelzentemperatur, wenn der Behandlungsgang von einem Produkt auf ein anderes umgeschaltet wird.

Dies wird durch eine wirksame Temperatursteuerung des Überzugsmetalls bzw· der Metallschmelze 24 erreicht, der das Band 12 ausgesetzt wird» ehe es in die Dberzugss teuer zone 28 eintritt «>

Gemäß Pig» Z ist dl© tibergugssteuerzoE© 28 tu brochenan Linien-dargestellt. In kurzem Abstand titoer der Badoberflache angeordnete tiberaugsrollta

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Kontakt-Überzugsgewichtssteuerung als auch mit pneumatischer Gassperren-Überzugsgewichtsateuerung.

Eine typische Anordnung offener Kühlbecken 40, 42 in Nachbarschaft der Überzugssteuerzone 28 und parallel zum Band 12 ist in Pig. 1 und 2 dargestellt. Der Beckenaufbau ist in größerem Detail in Fig. 3 gezeigt. Die offenen Kühlbecken 40, 42 weisen an der Außenseite langgestreckte Seitenwände 44, 46 und Stirnwände 48, 50 auf. Längs der oberen langgestreckten Seitenperipherie der offenen Kühlbecken 40, 42 sind Schienen 52_s 53 zum Tragen des Kühlbeckens 40_s 42 längs dea ßandes eines Tauchbadbeckens 22 angeordnet. Die Schienen 52, 53 sind miteinander durch versteifende Querträger 54, 55 mit öffnungen 56 ₉ 57 zur Lagesicherung der offenen Kühlbecken 40, 42 und Einstellung der später zu beschreibenden Lage verbunden«, Die Kühlbecken 4O₉ 42 sind an den oberen und unteren Seiten offen« Außen befindliche Seiten-44s 46 unä Stirnwände 48, 50 können aus Stahl oder anderem Material hergestellt sein, das eine beträchtlich oberhalb der Schmelztemperatur der Metallschmelze 24 befindliche Schmelztemperatur aufweist.. Bi© rater© Peripherie der Kühlbecken 40, 42 ist unter die Oberfläche der Metallschmelze 24 untergetaucht ^ &i© ein@r Sasatmosphäre, bsispielsweise Liaft_s ausgesatgt isto Bi® offenen Kühlbecken 40, 42 umschließen Sohlohteä toh Kühlflüssigkeit 5B₈ 6O₉ wie Wasser, &&t> freiliegenden. Oberfläche äei? Metallschmelze

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24. Die in den Kühlbecken 4O₉ 42 befindliche Kühlflüssigkeit 58, 60 steht in unmittelbarem Kontakt mit dem Tauchbad, d. h· der Metallschmelze 24, entsieht dem Bad Wärme und steuert die !Temperatur eines Teiles desselben an dessen Austrittsseiteβ Palls erwünscht, können Leiteinrichtungen im Bad verwendet werden, um zusätzlich eine gesteuerte Temperaturzone zu umgrenzen.

Während in Figo 1 und 2 zwei Kühlbecken 40, 42 gezeigt sind, kann die Zahl der Becken, falls erwünscht, variieren· Die Anordnung der Kühlbecken 40, 42 wie auch die 3?orm derselben können auch anders als dargestellt gewählt werden.

In der Vorderansicht von Pig. 4 ist das Kühlbecken 42 als vom Tauohbadbeeken 22 getragen dargestellt. Dessen Mngsdimension verläuft im wesentlichen parallel zum Band 12 und dessen untere Peripherie ist unter die Üadoberflache genügend weit eingetaucht, um eich an im Betrieb auftretendes, geringe Änderungen des Badspiegels anzupassen. Schraubbolzen 61 und 62 können zur Sages icherung des Kühlbeckens 42 und zum Verstellen der Höhe oder des Niveaus desselben - falls erwünscht - verwendet werden»

unter Steuerung durch das als Ventil ausgebildete Steuerorgan 66 wird durch die Zuleitung 64 Kühlflüssigkeit 60 in das Kühlbecken 42 geliefert. Der Wärmeentzug wird durch Zunahme der Kühlmittel-

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Strömung in das Kühlbecken 42 vergrößert«

Die KühlmittelstriJmung kann manuell oder automatisch, durch eine schematisch in ]?ig. 2 und 4 gezeigte Vorrichtung reguliert werden«. Thermofühler 68 oder eine Mehrzahl solcher Pühler dienen zum Messen der Temperatur in dem Badteil oder in den Badteilen, deren Temperatur gesteuert werden soll. Die Temperaturablesungen der Thermofühler 68 werden mit einer vorher ausgewählten, gewünschten SOLL-Temperatur im Temperatursteuergerät bzw. Signalgeber 70 verglichen, das ein Ausgangssignal zum öffnen und Schließen des Steuerorgans 66 liefert. Zur Durchführung einer solchen automatischen Steuerung benutzte Einzelelemente sind bereits bekannt»

Der Wärmeaustausch wird durch Zunahme des Kühlmittelstromes ia ein Kühlbecken 40, 42 vergrößert und dadurch wird die Menge der Kühlflüssigkeit 58, 60 vergrößert, die auf Verdampfungstemperatur gebracht wird· Die Kühlmittelströmung soll jedoch nicht in ein einziges Kühlbecken 40, 42 vergrößert werden, damit die Metallschmelze 24 nicht bis zu einer erheblichen Tiefe unter den Boden des Kühlbeckens 40, -42 erstarrt«. Ein wirkungsvoller Wärmeaustausch findet in einer dünnen₉ verfestigten Schicht des Metalls der Metallschmelze. 24 am Boden der KühIbecken 40, 42 statt« Wenn die Wärmeaustauschbedingungen zunehmen, sollte das Erstarren von Metall bis auf eine erhebliche Tiefe unterhalb des Beckenbodens durch Zugabe

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eines anderen Kühlbeckens vermieden werden» Ein wirkungsvollerer Wärmeaustausch wird erreicht und ein möglicher Kontakt zwischen dem verfestigten bzw» erstarrten Metall und dem zu Überziehenden Band 12 wird vermieden. Auf diese T/eise können die Becken auch schneller in Benutzung genommen und aus dem Gebrauch gezogen werden.

Zu Heinigungszwecken und zur Entnahme eines Ktihl« beckens 40, 42 kann die Kühlwasserströmung gestoppt und dem im Kühlbecken 4O₉ 42 befindlichen Wasser kann ermöglicht werden, vollständig zu verdampfen, damit die dünne erstarrte Schicht des Metalls im Kühlbecken 40, 42 schmilzt. Die Heinigungsanforderungen ändern sich abhängig vom Gefäß und dem Behandlungsgang; die Hückführung von Metall aus dem Becken zum Überzugsbad braucht nur dann durchgeführt zu werden, wenn Schlacke oder unerwünschte Verunreinigungen sich im Becken sammeln.

Mit an der Austrittsseite des Tauchbades angeordneten Direktkontakt-Kühlbecken kann ein an die Überzugssteuerzone 28 angrenzender Badteil auf einer vorgewählten Temperatur gehalten werden, die um etwa 8,4° (15⁰P) bis 16,7° (3O⁰F) von anderen Badteilen, wie der Bintrittsseite des erhitzten Bandes 12 in das Tauchbad, abweichen. Die (Jesamttemperatur des Tauchbades kann ebenfalls vermindert oder gesteuert werden., In der Prasia wird gewöhnlich Wasser al© Kühlflüssigkeit 5B₉ 60 vefffendet.'.Die Meng® um asv

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forderlichen V/aas er stromes ändert sieh mit der Art des angelegten Laufes· Als repräsentatives Beispiel wurde die gewünschte Überzugsmetallteiaperattir durch Benutzung eines einzigen Kühlbeckens mit Wasserströmung von annähernd 7,57 l/min beibehalten, wenn verzinkter bzw» galvanisierter Bandstahl ein© Dicke von 2_S3 m (0,092") und eine Breite von 76 cm (30*«) aufweist.

Andere Kühlmittel und Modifikationen des in den beigefügten Seiohnungen gezeigten Aufbaues können im Rahmen der oben, gegebenen Lehre verwendet werden.

~ Patentansprüche -

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Claims (1)

1. ο Verfahren zur Temperatursteuerung eines Metallschmelze-Tauchbades, das zur Bildung von Metall- ^ überzügen _auf Bändern dient und dessen Ober- ' fläche einer Gasatmosphäre ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet daß Kühlflüssigkeit, deren Verdampfungstemperatur niedriger ist als die Temperatur der Metallschmelze des Tauchbades₉ mindestens einem Bereich zugeführt wird, der durch Wände mindestens teilweise begrenzt ist» die in direkten Eontak^feit einem Teil der Metall« schmelze stehen, und daß die Kühlflüssigkeitsströmung gesteuert wird«,

   2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ₉ daß in das Tauchbad ein ununterbrochenes, zu über- ä ■ ziehendes Band eingeführt wird_s dessen Temperatur sich an der Eintauchstelle wesentlich oberhalb 460° C befindete

   3ο Verfahren naen Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahlband verwendet wird₀

   4ο Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche„ dadurch gekennzeichnet, daß Wasser als Kühlflüssigkeit verwendet wird_o

   5ο Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigfeeit so gesteuert wird, daß die Metallschmelze nicht heißer Neue üiiKiiagen MhfrBSUAl&L·^ , BAD

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   JIi

   ale etwa 510° C wird,

   6., Verfahren nach ej nem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet_? daß die JkIetal!schmelze eine Temperatur von etwa 440° - 470° C aufweist

   7β Verfahre» nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß die IST--Temperatur der itetallschaelee an eine© den Wänden d£s Bereichs benachbarten Punkt abgefühlt und mit einer Soll-Temperatur verglichen wird und daß die Differenz der beiden Temperaturen zur selbständigen Steuerung der KtihlflUßigkeitsströBiung verwendet \';ird

   ο Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem άβτ vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekena-

   ' 2»lohnet, daß in dae ait aetallschselz^gefüllte TauchbadbecJEen (22) aindeatene ein KUhIbecken (40, 42) eingesetzt ist, von dem Wände ( 44» 46, 4β> 50) die Motalleohmoläse (24) berühren, da3 in dae Kühlbecken (40,42) eine Zuleitung (64) für die KUhlflüseiffkeit ( 58, 60) führt, und dag die Zuleitung (64) ein Steuerorgaav«Hfweiet₉ mit der die KühlflUeaigkeite-Qtröemng steuerbar ist»

   3«VorriclxtizqgEiach Anepruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlbecken (40, 42) es Bocien offen let.

   Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dao Kühlbecken (40, 42) swei Seitenwände (44, 46) und Stirnwände (48, ^0) aufweist.

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   .Vorriobtui^gnöch einem der Ansprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Bandes (12) ein Kühlbecken (40, 42) angeordnet ist.

   .Torrichtia^naöh einem der Ansprüche 8 - 11, dadurch gekennzeichnet, üeB ein Thermo fühler (68) in dar Hä3ie der zur Steuerung des Metallüberzuges dienenden überzugBstsuerÄone (28) angeordnet iat, der einen Signalgeber (70) steuert, von dem das in Abhängigkeit τοη der abgafühlten Temperatur erzeugte Signal zur Betätigung des Steuerorgans (66) dient.

   13oVörrlolitax8ttech ein-aia der Ansprfjche 8-12, dadurch gekennzeichnet, deß die Oberzugesteuerzone (28) en der Band-Auetrittsteile angeordnet ist·

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